1、電阻應變式壓力傳感器工作原理細解2011-10-14 15:37 元器件交易網字號：中心議題：電阻應變式壓力 傳感器 工作原理微壓力傳感器接口 電路 設計微壓力傳感器接口 系統(tǒng) 的軟件設計微壓力傳感器接口電路測試與結果分析解決方案：電橋放大電路設計AD7715接口電路設計單片機 接口電路設計本文采用惠斯 通電橋濾出微壓力傳感器輸出的 模擬變量，然后用 INA 1 1 8放大器 將 此信號放大，用7715A/D進行模數(shù)轉換，將轉換完成的數(shù)字量經 單片機處理，最后由LCD將 其顯示，采用 LM334 做的精密 5 V 恒流源為電橋電路供電，完成了微壓力傳感器接口電路 設計，既能保證檢測的實時性，也

2、能提高測量精度。微壓力傳感器信號是 控制器 的前端， 它在測試或控制系統(tǒng)中處于首位， 對微壓力傳 感器獲取的信號能否進行準確地提取、 處理是衡量一個系統(tǒng)可靠性的關鍵因素。 后續(xù)接口電 路主要指信號調節(jié)和轉換電路， 即能把傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、 記錄、處理 和控制的有用電信號的電路。 由于用集成電路工藝制造出的壓力傳感器往往存在： 零點輸出 和零點溫漂，靈敏度溫漂，輸出信號非線性， 輸出信號幅值低或不標準化等問題。 本文的研 究工作，主要集中在以下幾個方面：(1) 介紹微壓力傳感器接口電路總體方案設計、系統(tǒng)的組成和工作原理。(2) 系統(tǒng)的 硬件 設計，介紹主要硬件的選型及接口電路，

3、包括 A/D 轉換電路、單片機接口電路、 1602 顯示電路。(3) 對系統(tǒng)采用的軟件設計進行研究， 并簡要闡述主要流程圖， 包括主程序、 A/D 轉 換程序、 1602顯示程序。1 電阻應變式壓力傳感器工作原理電阻應變式壓力傳感器是由電阻應變片組成的測量電路和彈性敏感元件組合起來 的傳感器。 當彈性敏感元件受到壓力作用時， 將產生應變， 粘貼在表面的電阻應變片也會產 生應變， 表現(xiàn)為電阻值的變化。 這樣彈性體的變形轉化為電阻應變片阻值的變化。把 4 個電阻應變片按照橋路方式連接， 兩輸入端施加一定的電壓值， 兩輸出端輸出的共模電壓隨著橋 路上電阻阻值的變化增加或者減小。 一般這種變化的對應關

4、系具有近似線性的關系。 找到壓 力變化和輸出共模電壓變化的對應關系，就可以通過測量共模電壓得到壓力值。當有壓力時各橋臂的電阻狀態(tài)都將改變，電橋的電壓輸出會有變化。式中： Uo 為輸出電壓， Ui 為輸入電壓。當輸入電壓一定且 Ri 簡化為由于 RijT31-T34D(a VkpPJCUWDftJlAMAVfPl 苗：K韜訴Pl tiiMIW小：刊4PL5WCCIAD3iH3PHATSffVSPl 3AC-i*K 1Pl iAEXUPOO和 EEJTPl旳231913巧*resEmJPS 11 -P3O4ePL -J*M I?.rLs5PL4MrPl JPULiP3 5|DV*5L上rW2 兀誕

5、 iomiirir ;：1H05W-FB圖4單片機連接電路3系統(tǒng)的軟件設計3.1主程序流程圖在系統(tǒng)加電后，主程序首先完成系統(tǒng)初始化，其中包括A/D、串行口、中斷等工作狀態(tài)的設定，給系統(tǒng)變量賦初值，顯示上次設定值等。執(zhí)行相應的功能子程序。當啟動鍵按下后，根據(jù)設定值、校正等參數(shù)計算對應輸出的數(shù)字量，如圖5所示。圖5主程序流程圖3.2模數(shù)轉換程序首先對AD7715芯片進行初始化，對部寄存器寫入相應代碼，然后才能對其它寄存 器進行讀寫。AD7715的大多數(shù)寄存器是8位寄存器，只有數(shù)據(jù)寄存器、零點校準寄存器和 滿量程校準寄存器是16位寄存器。對它們分別寫入數(shù)據(jù)，判斷DRDY是否為零，為零時讀寄存器數(shù)據(jù)，

6、不為零時重新寫寄存器。3.3 1602 顯示程序本系統(tǒng)采用定時中斷0來實現(xiàn)逐位動態(tài)顯示，使 LCD輸出非常穩(wěn)定，不用考慮定 時刷新顯示，使得該顯示子程序簡單靈活，適用性廣。LCD1602的數(shù)據(jù)引腳與控制引腳與單片機的I/O 口直接相連，DB0- DB7分別連接單片機的 P1.0P1.7 口，數(shù)據(jù)并行傳輸速度 快，Vo亮度調節(jié)引腳直接接地，顯示最亮狀態(tài)。4測試與結果分析4.1測試容與測試結果在單片機控制的場合，將因單片機不能直接測量的信號傳感器大多為電壓輸出型，要使用壓力傳感器將測量信號轉換為05 V電壓輸出，通過模擬數(shù)字轉換電路轉換為數(shù)字信號供單片機讀取、控制。4.2測試結果分析A/D轉換器直

7、電路在實際測量對于微壓力傳感器，在電路設計時只需選擇合適的降壓電阻，通過 接將電阻上的電壓轉換為數(shù)字信號即可，電路調試及數(shù)據(jù)處理都比較簡單。中存在一定的誤差，主要是由于溫漂和一些外部干擾造成的，見表1。MS力值広00,51 2實臉數(shù)據(jù)0.000 (0,5)2 4L023 4L578 22J76 5表1測量數(shù)據(jù)由壓力傳感器產生電壓與放大器形成電壓回路，從而在取樣電阻上產生一定壓降，并將此電壓值輸入到放大器INA118的3腳。INA118與其相連接的電阻構成可調整電壓放大電路，將壓力傳感器電流在取樣電阻上的電壓值進行放大并通過INA118的1腳輸出至模擬數(shù)字轉換電路，供單片機 AT89S52讀入，通過數(shù)據(jù)處理將壓力傳感器的電壓在屏幕上以壓 力值的形式顯示出來。4.3電路的優(yōu)缺點電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機產生誤判斷，控制出現(xiàn)錯誤，嚴重時還會損壞設備。因為本電路的結構非常簡單，使用的芯片在精度方面的欠缺以及其它一些相應條件的限制，所以在準確度上有一些不足。(1) 本電路的主要優(yōu)點：電路結構簡單； 元器件價格低廉；操作方便； 電源單 獨、統(tǒng)一、穩(wěn)定。(2) 本電路的主要缺點：存在溫漂；受人為因素影響比較大；攜帶不方便。5結束語通過對微壓力傳感器的應用、 特點及工作特性等方面的研究， 并對微壓力傳感器接 口電路進行了設計， 在電